Les lignes à haute tension sont normalement
opérées à des gradients de tension (champ
électrique à la surface des conducteurs) où les
décharges couronnes sont faibles. Cependant, lorsque des gouttes d'eau
sont suspendues sous les conducteurs, le champ électrique est
augmenté (pouvoir de pointe) et le processus de décharge couronne
est amplifié. C'est à ce moment que les vibrations induites par
effet de couronne apparaissent. En effet, les décharges sur les gouttes
suspendues induisent des forces ponctuelles sur le conducteur, ce qui provoque
son déplacement. En considérant que la précipitation est
suffisamment intense pour alimenter continuellement les gouttes, les forces
suivantes sont impliquées [1- 8] :
réaction mécanique due à l'éjection
des gouttes;
répulsion entre les gouttes éjectées et le
conducteur;
réaction due au vent ionique;
effet d'écran de la charge d'espace réduisant la
force entre le conducteur et son image.
De nombreuses études ont été
réalisées dans le but d'évaluer la contribution de chacune
de ces forces dans le mécanisme [4, 5, 17, 18, 19, 20, 21, 22]. Une
électrode conique est généralement utilisée pour
évaluer les paramètres recherchés, par analogie avec la
forme d'une goutte soumise à un champ électrique intense. Avant
de parler plus spécifiquement des forces impliquées il est
important de noter qu'en régime établi, l'éjection des
gouttes est synchronisée (déphasage constant) avec le mouvement
du conducteur. Les gouttes sont toujours éjectées peu
après que le conducteur se met à remonter suite à son
passage à la position inférieure [4, 17, 18, 19].
III.4.1 Réaction mécanique due à
l'éjection des gouttes
En considérant le poids des gouttes d'eau suspendues
au conducteur, on peut prévoir une force de réaction vers le
haut, lorsque celles-ci quittent le conducteur. Des expériences ont
évalué le nombre et la géométrie des gouttes
éjectées à chaque passage par la position
inférieure [4, 17, 20, 21]. Ces observations ont permis d'évaluer
la force de réaction mécanique induite par la chute d'une
série de gouttes. L'ordre de grandeur de cette force est
négligeable par rapport à la force totale induite
(7x10-5 N/goutte [1]).
III.4.2 Répulsion entre les gouttes
éjectées et le conducteur
Lorsque I'accélération du conducteur est
positive (vers le haut), l'allongement des gouttes est favorisé. A ce
moment, les gouttes qui ont un volume suffisant sont éjectées.
Ces gouttes sont porteuses de charges de même polarité que le
conducteur, ce qui cause une force de répulsion. En observant la vitesse
des gouttes éjectées et en la comparant à la vitesse de
chute libre, les expériences antérieures [1, 3, 4, 20, 21] en
viennent à la conclusion que cette force est négligeable par
rapport à la force totale induisant les vibrations (entre 1,4x1
0-4 et 5,6x1 0-4 N/goutte [1]).
III.4.3 Réaction due au vent ionique
Le déplacement des ions créés lors des
décharges couronnes est à l'origine d'un mouvement
général du gaz ambiant qu'on appelle "vent ionique"(figure
III.10). Ce déplacement induit une force de
réaction aérodynamique sur le conducteur. L'évaluation de
la vitesse du gaz autour de
l'axe de décharge d'une pointe métallique a permis
de calculer cette force à l'aide de la loi de conservation de la
quantité de mouvement [1, 4, 5, 6, 17, 18].
goutte
Figure III.1 0 Sens de circulation du vent
ionique
Les résultats obtenus donnent une contribution maximale
à la force totale de l'ordre de 3x10-4 N/goutte [1].
III.4.4 Effet d'écran de la charge
d'espace
La présence de charges d'espace entre le conducteur et
la mise à la terre vient modifier les forces normalement
présentes entre le conducteur et son image. En effet, la charge d'espace
a pour effet d'annuler en partie la force d'attraction entre le conducteur et
son image, ce qui a pour effet de pousser le conducteur vers le haut. Le champ
électrique est alors réduit, la forme conique des gouttes
disparaît et les décharges sont atténuées
momentanément. La charge d'espace est évacuée, le champ
augmente à nouveau et le processus recommence. Il a été
démontré expérimentalement que la présence
intermittente de charges d'espace entre une électrode et son image est
à elle seule suffisante pour provoquer la vibration du système
[4, 17, 18 19]. L'évaluation théorique de la force est cependant
plus complexe et nécessite des outils mathématiques puissants. La
méthode des éléments finis a été
utilisée pour calculer la force d'une charge d'espace sphérique
sur une électrode [4, 5, 18]. Les résultats confirment que
l'effet d'écran de la charge d'espace est la cause principale des
vibrations induites par effet de couronne (10-3 N/goutte [1]).
